第十五章綜述
15.1 電力系統微機保護
電力系統的發展，促進了發電裝置和供電範圍的擴大，電壓等級不斷提高使電力系統的網路也越來越複雜。這對於保證電力系統安全、可靠、穩定執行是必不可少的。因此對電力系統提出了越來越高的技術要求，也就有了電力系統微機繼電保護原理及運用。
眾所周知，繼電保護裝置的基本要求包括可靠性、速動性、靈敏性和選擇性。所謂可靠性，是要求所配置的繼電保護裝置在事先規定的情況下動作，在其它一切不需要他動作的情況下不動作。在術語上，又稱為可信賴性。
保證非故障元件繼續正常執行的一中效能。保護裝置的速動性，指為降低故障元件的損壞程度，減小使用者在低電壓下的工作時間，使故障範圍縮小而要求保護裝置快速切除故障的效能。動作的靈敏性要求，是出於對保護裝置可靠動作的需要。
選擇性要求是指在電力系統發生故障時，盡量縮小停電範圍，僅將故障元件從系統中切除。
這些要求之間，有的相互促進，有的相互矛盾。需要針對不同的條件，協調處理好各個效能之間的聯絡。才能達到保證電力系統安全執行的目的。
15.2 輸電線路微機保護的發展歷史
從二十世紀初電力系統應用了第一代機電型感應式過電流繼電器以來，輸電線路微機保護的發展以近乙個世紀了。在最初的幾十年裡，各種新的機電保護原理相繼誕生，如差動保護（2023年）、電流方向保護（2023年）、距離保護（2023年）、高頻保護（2023年），以上保護都是在故障穩定後，通過測量穩態工頻量來檢測故障的。
在現代科學技術和工業的不斷發展的影響下，基於上述原理的保護裝置也經歷了機電式、整流式、電晶體式、積體電路式、微處理機式等不同的發展階段。儘管後數十年間大量研究的工作不斷發展和完善電力系統保護，但是這些保護的基本原理沒有變，他們至今依然在電力系統繼電保護領域裡起重要作用。計算機在繼電保護領域裡的應用是乙個重要的里程碑。
2023年初，英國劍橋大學的等提出將取樣技術應用於輸電線路的距離保護中。接著，2023年下半年，澳大利亞新南威爾斯大學的對輸電線路和變電所採用計算機控制的前景進行了展望，包括計算機用作繼電保護的前景，接著他們進一步進行了計算機控制的前景，接著他們進一步進行了計算機式保護的理論研究，主要研究適用於繼電保護的各種演算法。2023年前後，美國西屋公司的等開始進行具體裝置的研製，並與2023年發表該裝置的試執行樣機的原理結構與現場實驗結果。
自六十年代末計算機保護概念提出以來，繼電保護技術得到了迅速發展。應當時小型計算機在**、體積、效能方面種種原因，計算機繼電保護除少量的實驗裝置的發展奠定了理論基礎。20世紀70年代後半期，出現了比較完善的微機型保護樣機，並投入到電力系統中試執行。
20世紀80年代微機型保護在硬體結構和軟體技術方向已趨於成熟，在一些國家得到推廣應用。進入20世紀90年代以後，微機型保護在我國已得到大量應用，稱為了繼電保護裝置的主要形式。微機型保護具有強大的計算、分析和邏輯判斷能力，具有優良的儲存記憶功能，因而可以實現效能完善演算法複雜的保護原理；微機型保護可連續不斷的對本身情況進行自檢，其工作可靠性高。
微機型除了具有保護功能外，還可兼有故障濾波、故障測距、事件順序記錄以及網路通訊等輔助功能，這對簡化保護.的除錯管理、事故分析和事故後的處理等都有重大意義。由於微機型保護裝置的巨大優越性和潛力，因而收到了執行人員的廣泛歡迎。
15.3 故障分量在微機保護中的應用
故障資訊的識別、處理和利用是基於繼電保護技術發展現狀的。30年代以來在電力系統的發展對繼電保護不斷提出的新的要求條件下，在繼電保護技術中廣泛而成功地應用了故障出現的負序和零序對稱分量。60年代以來開展了瞬時行波用於保護的研究，開闢了在繼電保護技術中利用故障資訊的新途徑。
可以看出，不斷發掘和利用新的故障資訊對繼電保護技術的進一步發展有著十分重要的意義。計算機在繼電保護中的應用為識別和獲取故障資訊創造了的有利條件，這是具有劃時代意義的。反映故障資訊的故障分量的成功應用，促進了繼電保護技術的進一步發展。
什麼是故障分量呢？我們把在短路前沒有、僅在短路後才出現的電氣量稱為故障分量。用另一種方法說就是只有故障點電動勢單獨作用情況下產生的電壓和電流。故障分量的特點如下：
（1） 故障分量僅出現在故障狀態下；
（2） 故障點處故障分量電壓最大，系統中性點處為零；
（3） 故障分量獨立於非故障狀態，即故障分量電流獨立於負荷電流但仍與系統執行方式有關；
（4） 保護安裝處故障分量電壓和電流之間的相位關係由保護安裝處到系統中性點之間的系統阻抗決定，與系統電勢和短路點過渡電阻的影響無關。僅取決於附加網路的引數。
故障分量是故障狀態的具體體現，發生故障所處的狀態稱為故障附加狀態。迭加原理是計算故障常用的一種方法，應用迭加原理把故障狀態分解為非故障狀態或故障附加狀態。非故障狀態包括正常執行、系統振盪、兩相執行等。
凡是故障附加狀態網路中的量都是故障分量。故障分量可以分為兩類：穩定的故障分量——負序和零序分量；短暫的故障分量——突變量。
以電流突變量為例，有正序電流突變量和相電流突變量兩種。突變量包含工頻分量和瞬時分量。仍以電流突變量為例
1-1）
其中為突變量電流的工頻分量，是其中的瞬時分量。
傳統的繼電保護原理是建立在工頻電氣量的基礎上，故障瞬時過程所產生有用資訊被視為干擾而被濾掉。要利用繼電器快速動作的特性，必須利用故障發生瞬間的故障瞬時資訊，還必須正確區分內部和外部故障資訊，才能獲得可靠、快速又有選擇性的保護特性。近些年，對繼電保護影響最大的是反應故障分量的高速機電保護原理。
反應故障分量的繼電保護一般都有高靈敏性和較好的選擇性。
15.4 故障資訊的提取
15.4.1消除非故障分量法
根據迭加原理，電力系統網路故障可以看做故障前的非故障狀態的附加狀態迭加。發生短路時，由保護裝置的實測故障時電壓（）減去非故障狀態下的電壓（）就可以得到電壓的故障分量，用表示。對於快速保護，可以認為電壓中非故障分量等於其故障前電氣量；對於非快速保護，就要考慮其它一系列有關因素的影響，例如故障發生後發電機勵磁調節器的作用，發電機的干擾，系統的干擾，系統的振盪，負荷的變化等。
因此對於快速保護而言，可以先儲存起來故障前的電壓，然後從故障時測量的到的相應量中減去已儲存的相關部分，就可以得到故障分量。
15.4.2故障特徵檢出法
從對稱分量法的基本原理可知，在正常工作狀態下的電壓和電流特徵是正序分量的電壓和電流；接地短路時會出現零序分量的電壓、電流；不對稱短路時會出現負序電壓、電流。因此負序分量包含有故障資訊，它可用於檢出故障。但是，應該注意到，在各種型別故障中都包含正序分量，因此正序分量中也包含有故障資訊，這一特殊的性質也應當用於檢出故障。
負序分量和零序分量雖然包含有故障資訊，可用於判別故障，在保護技術中得到廣泛應用，其缺點是不能反應三相短路。各種對稱和不對稱短路時都會出現正序分量，而在消除正常執行分量後，正序分量就成為乙個比負序、零序分量更為完善的新的故障特徵，即正序分量中包含有更豐富的故障資訊。當然，故障資訊中除了工頻分量資訊外，還有高頻分量資訊。
通常用零序分量反應接地短路的故障分量；用正序和負序分量的電壓或電流的綜合分量來反映相間短路的故障分量。工頻變化量方向保護的電壓、電流綜合故障分量就是用和綜合方式表示的。其目的是為了提高不對稱短路的靈敏度。
15.4.3門坎法和浮動門坎法
門坎法是以同一種電氣量的某定值為門坎檢出故障的，當電流增大、電壓降低或阻抗降低而越過固定門坎值時，即判斷為發生故障。此方法簡單易行，但會因靈敏度不滿足要求而得不到足夠的故障資訊。
浮動門坎法是定值不固定，是隨著非故障因素引起的故障分量不平衡輸出的大小定值而浮動變化的。在正常執行的情況下，理論的不平衡輸出為零，而實際上輸出迴路不可能為零。在一般情況下，輸出的不平衡量較小，在特殊情況下，如頻率偏離額定值較大，或者電力系統發生振盪時就有較大的不平衡輸出。
為此可以設定乙個浮動門坎值，它隨著非故障因素引起的不平衡大小二自動改變輸出。
浮動門坎設計的優劣，是構成實用保護的技術關鍵。微機繼電保護往往設定了自適應的浮動門坎，根據短路引起的不平衡瞬間變化，而非故障因素產生的不平衡是緩慢變化的特點。利用此規律可實測出故障分量產生的不平衡輸出值，設定門坎值。
第十六章故障分量的提取及兩類故障分量的比較
故障分量分為兩類，即負序、零序分量和突變量。上文中闡述了它們共同的特點，但它們也有不同之處，相應地，構成了它們各自保護的優缺點。
（1）負序、零序分量保護只能保護不對稱故障，而突變量保護可以保護各種故障——對稱和不對稱故障。突變量是故障分量，不反應過負荷，在振盪時會有一定的輸出量。不反應負荷，較少受振盪的影響卻能保護三相短路，是很寶貴的特性。
（2）只要故障存在，負序、零序分量就存在。負序、零序分量就存在。負序、零序分量既可以實現快速主保護，也可以實現延時的後備保護。
突變量只能短時存在，到目前突變量只作為瞬時動作的主保護。帶延時的保護可採取用突變量測量，在滿足動作條件一定時間後用穩態量保持。保護延時動作，採用突變量的優越性就不存在了。
（3）兩相執行時就有負序、零序分量出現。負序、零序分量保護要避開兩相執行的負荷狀態，失去了作為故障分量保護的優點。線路兩相執行時取線路電壓還是母線電壓得到的負序、零序電壓差異極大。
所以當負序、零序分量繼電器需用負序、零序電壓時更不適應兩相執行。突變量保護在兩相執行的穩定狀態測量到的突變量為零。突變量保護在兩相執行時根本不需要反應斷開的相電壓，只需反應執行的相電壓，自然對電壓互感器接於或線路都能適應，所以突變量保護能適應兩相執行。
（4）在振盪過程中又發生故障。若故障發生在兩側電動勢相角差較小的時刻，兩類故障分量保護都能動作；若在時在振盪中心附近中心發生故障，開始時兩類故障分量保護都不動作，隨著減小，負序、零序保護就能動作，但突變量繼電器永遠不會動作。但這種故障機率極小（振盪、在振盪中心和三個條件巧合），實際振盪中心電壓以降得很低，由於振盪時裝置已處於啟動狀態，所以又發生短路故障，作為啟動元件用突變量啟動這個問題並不重要。
（5）斷路器失靈保護是根據線路保護不返回和仍有電流流過斷路器兩個條件完成的。若線路保護的測量元件是突變量繼電器，就只能以保護曾經動作作為乙個條件。若線路保護反應零序分量，則在斷路器失靈時測量元件必繼續處於動作狀態，由此來啟動失靈保護就更加安全。
現代高壓斷路器都是分相操作的，不考慮三相都失靈，由零序保護啟動斷路器失靈保護完全可以滿足要求。
可以看出，突變量保護的總結如下：突變量保護解決了穩態量保護不反應負荷卻能保護三相短路的問題，這一特點是突變量保護受到青睞的重要原因。突變量保護是故障分量保護的一種，有故障分量保護快速、靈敏的優點，雖然其存在時間短，並不妨礙它作為快速主保護而獲得應用。
**路兩相執行時仍保持故障分量保護的優點。對電壓互感器接於線路都能適應，這一點也是很可貴的。
故障分量中的負序和零序分量可以從a、b、c三相故障中計算得到。突變量電壓和電流等於故障後實測的電壓和電流減去故障前對應的電壓和電流，只有微機可以將故障前的量儲存起來備用，才能計算獲得突變量。在時刻的取樣值為
2-1）
式中取樣序列的序號；每週取樣的次數；可取1或2。 當時，式（1-1）表示從當前的取樣值中減去乙個週期前同一時刻的取樣值。為此微機需儲存乙個週期的取樣資料。
在穩態情況下電流只含有工頻基波電流，必然有。所以按式（1-1）計算是不反應諧波分量的。只有在故障發生時才有輸出，當時，存在1個週期，如果希望延長存在的時間到兩個周波，只要使式（1-1）中的,儲存兩個週期的取樣資料，使的輸出時間持續40ms。
由於故障後系統的頻率和負荷的變化，超過40ms的突變量不只是故障引起的，不能應用。
電力系統繼電保護
一 單項選擇題，答案請直接填寫在下列 中，其它位置答案將不被評閱 15小題，每題2分，共30分 1 對於反應故障時引數減小而動作的繼電保護,整定時應用 b 來計算。a 故障引數的最大計算值 b 故障引數的最小計算值 c 兩者都可以。2 不必快速切除故障的情形是 d a 根據維持系統穩定的要求，必須快...
自考電力系統繼電保護
全國2007年4月高等教育自學考試 課程 02302 一 單項選擇題 本大題共15小題，每小題1分，共15分 在每小題列出的四個備選項中只有乙個是符合題目要求的，請將其 填寫在題後的括號內。錯選 多選或未選均無分。1 過電流繼電器的返回係數 a 等於0 b 小於1 c 等於1 d 大於1 2 限時電...
電力系統繼電保護管理
縱觀電力系統繼電保護的管理工作情況，目前主要存在以下幾個方面的問題和不足 1 裝置誤動問題 繼電保護裝置和裝置發生誤動等問題。主要是因為我國很多地方的電力系統中，其繼電保護裝置陳舊，質量也存在問題，不能正常滿足繼電保護工作的要求，比如整定配合 功能配置以及反措等，功能不健全也會使裝置的部分保護功能不...